MPI聚合函数

MPI聚合通信

• MPI_Barrier

int MPI_Barrier(
  MPI_Comm comm
);

所有在该通道的函数都执行完后，才开始其他步骤。

0进程在状态T1调用MPI_Barrier函数，并在该位置挂起，等待其他进程到达。最后在T4状态同时进行。
例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	int rank, nprocs;
	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nprocs);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);
	printf("Hello,world,I am %d of %d
", rank, nprocs);
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

• MPI_Bcast

int MPI_Bcast(
  void *buffer,
  int count,
  MPI_Datatype datatype,
  int root,
  MPI_Comm comm
);

广播函数，root表示要广播的进程。发送和接收进程都需要写该函数。

例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	int rank,nproc;
	int ibuf;
	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	if (rank == 0) ibuf = 8888;
	else ibuf = 0;
	MPI_Bcast(&ibuf, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
	if (rank != 0)
	{
		printf("rank = %d ibuf = %d
", rank, ibuf);
	}
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

• MPI_Gather

int MPI_Gather(
  void *sendbuf,
  int sendcnt,
  MPI_Datatype sendtype,
  void *recvbuf,
  int recvcnt,
  MPI_Datatype recvtype,
  int root,
  MPI_Comm comm
);

每个进程（包括root进程）都要发送buffer给root进程，root进程接收到这些buffer并且按照顺序排好序。

例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	int rank, nproc;
	int isend, irecv[32];
	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	isend = rank + 1;
	MPI_Gather(&isend, 1, MPI_INT, irecv, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
	if (rank == 0)
	{
		for (int i = 0; i < nproc; i++)
		{
			printf("%d 
", irecv[i]);
		}
	}
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

• MPI_Gatherv

int MPI_Gatherv(
  void *sendbuf,
  int sendcnt,
  MPI_Datatype sendtype,
  void *recvbuf,
  int *recvcnts,
  int *displs,// 接收的数据放在说明位置，即位移。
  MPI_Datatype recvtype,
  int root,
  MPI_Comm comm
);

是MPI_Gather函数的一个扩展，recvcnts是数组，允许每个进程的数量不同，而且每个进程的位置更灵活。
例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	//这里为了简单，假设有4个进程。
	int send_buffer[6];
	int recv_buffer[6];
	int rank, nproc;
	int receive_counts[4] = { 0,1,2,3 };
	int receive_disp[4] = { 0,0,1,3 };//偏移数组
	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	//初始化数据
	for (int i = 0; i < rank; i++)
	{
		send_buffer[i] = rank;
		recv_buffer[i] = rank+1;
	}
	MPI_Gatherv(send_buffer, rank, MPI_INT, recv_buffer, receive_counts, receive_disp, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
	if (rank == 0)
	{
		for (int i = 0; i < 6; i++)
		{
			printf("[%d]", recv_buffer[i]);
		}
	}
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

• MPI_Scatter

int MPI_Scatter(
  void *sendbuf,
  int sendcnt,
  MPI_Datatype sendtype,
  void *recvbuf,
  int recvcnt,
  MPI_Datatype recvtype,
  int root,
  MPI_Comm comm
);

MPI_Scatter与MPI_Bcast非常相似，都是一对多的通信方式，不同的是后者的0号进程将相同的信息发送给所有的进程，而前者则是将一段array 的不同部分发送给所有的进程。
例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#define MAX_PRO 10//最大进程数
int main(int argc, char* argv[])
{
	int rank, nproc;
	int table[MAX_PRO][MAX_PRO];
	int row[MAX_PRO];

	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	if (rank == 0)
	{
		for (int i = 0; i < nproc; i++)
		{
			for (int j = 0; j < MAX_PRO; j++)
			{
				table[i][j] = i + j;
			}
		}
	}
	MPI_Scatter(&table[0][0], MAX_PRO, MPI_INT, &row[0], MAX_PRO, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
	if (rank != 0)
	{

		for (int i = 0; i < MAX_PRO; i++)
		{
			printf("%d ", row[i]);
		}
		printf("processs of %d
",rank);
	}
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

• MPI_Alltoall

int MPI_Alltoall(
  void *sendbuf,
  int sendcount,
  MPI_Datatype sendtype,
  void *recvbuf,
  int recvcount,
  MPI_Datatype recvtype,
  MPI_Comm comm
);

当前进程向其他每个进程（包括自己）要发送数据，都是发送sendbuf中的数据。接收到不同进程的数据。

例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	int rank, nproc;
	int send[1];
	int recv[10];
	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	send[0] = rank*rank;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		recv[i] = 0;
	}
	MPI_Alltoall(&send, 1, MPI_INT, recv, 1, MPI_INT, MPI_COMM_WORLD);
	if (rank == 0)
	{
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", recv[i]);
		}

	}
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

MPI归约操作

• MPI_Reduce

int MPI_Reduce(
  void *sendbuf,
  void *recvbuf,
  int count,
  MPI_Datatype datatype,
  MPI_Op op,
  int root,
  MPI_Comm comm
);

MPI_Op有如下类型：

运算操作符	描述	运算操作符	描述
MPI_MAX	最大值	MPI_LOR	逻辑或
MPI_MIN	最小值	MPI_BOR	位与
MPI_SUM	求和	MPI_LXOR	逻辑异或
MPI_PROD	求积	MPI_BXOP	位异或
MPI_LAND	逻辑与	MPI_MINLOC	计算一个全局最小值
MPI_BAND	位与	MPI_MAXLOC	计算一个全局最大值

将通信子内各进程的同一个变量参与规约计算，并向指定的进程输出计算结果。
例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	int rank, nproc;
	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	int send = rank;
	int recv;
	MPI_Reduce(&send, &recv, 1, MPI_INT, MPI_SUM, 0, MPI_COMM_WORLD);
	if (rank == 0)
	{
		printf("%d", recv);
	}
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

• MPI_Scan

int MPI_Scan(
  void *sendbuf,
  void *recvbuf,
  int count,
  MPI_Datatype datatype,
  MPI_Op op,
  MPI_Comm comm
);

前缀和函数 MPI_Scan()，将通信子内各进程的同一个变量参与前缀规约计算，并将得到的结果发送回每个进程，使用与函数 MPI_Reduce() 相同的操作类型。

例子：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	int rank, nproc;
	MPI_Init(&argc, &argv);
	MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);
	MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
	int send = rank;
	int recv;
	MPI_Scan(&send, &recv, 1, MPI_INT, MPI_SUM, MPI_COMM_WORLD);
	printf("the %d process is %d", rank, recv);
	MPI_Finalize();
	return 0;
}

• MPI_Reduce_scatter

int MPI_Reduce_scatter(
  void *sendbuf,
  void *recvbuf,
  int *recvcnts,
  MPI_Datatype datatype,
  MPI_Op op,
  MPI_Comm comm
);

将规约结果分片发送到各进程.

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
	int* sendbuf, recvbuf, * recvcounts;
	int size, rank;
	MPI_Comm comm;
	MPI_Init(&argc, &argv);
	comm = MPI_COMM_WORLD;
	MPI_Comm_size(comm, &size);
	MPI_Comm_rank(comm, &rank);
	sendbuf = (int*)malloc(size * sizeof(int));
	for (int i = 0; i < size; i++)
		sendbuf[i] = i;
	recvcounts = (int*)malloc(size * sizeof(int));
	for (int i = 0; i < size; i++)
		recvcounts[i] = 1;
	MPI_Reduce_scatter(sendbuf, &recvbuf, recvcounts, MPI_INT, MPI_SUM, comm);
	printf("the %d process is %d", rank, recvbuf);
	MPI_Finalize();
	return 0;
}